Основы базирования заготовок в машиностроении

Основные правила выбора баз.

При проектировании технологических процессов большое значение с точки зрения обеспечения заданной точности имеет выбор баз. Обработку заготовок обычно начинают с создания технологических баз. Вначале за технологическую приходится принимать черновую базу, т.е. необработанные поверхности заготовки. Эти поверхности могут быть либо необрабатываемые, либо обрабатываемые в дальнейшем. Выбранная черновая база должна обеспечивать равномерное снятие припуска при последующей обработке поверхностей с базированием на обработанную технологическую базу и наиболее точное взаимное положение обработанных и необработанных поверхностей детали. Черновые базовые поверхности должны быть по возможности гладкими; не иметь штамповочных и литейных уклонов; на них не следует размещать литники, прибыли, делать плоскости разъема литейных форм и штампов.

При выборе технологических баз для обработки заготовок следует использовать принцип совмещения баз, т.е. в качестве технологической базы брать поверхность, являющуюся измерительной базой. Лучшие результаты достигаются при совмещении технологической, измерительной и конструкторской баз, т.е. тех поверхностей, которые определяют положение детали в собранном изделии (например, центральное отверстие и торец ступицы зубчатого колеса). Учитывая взаимосвязь конструкторской, измерительной и технологической баз, технолог при выборе баз и построении технологических процессов должен анализировать не только рабочие, но и сборочные чертежи изделия. Конструктор также должен проектировать деталь с учетом возможности совмещения конструкторской, измерительной и технологической баз при ее обработке.

При построении маршрута обработки следует соблюдать принцип постоянства баз; на всех основных технологических операциях использовать в качестве технологических баз одни и те же поверхности заготовки. Принципы совмещения и постоянства баз совпадают в тех случаях, когда выдерживаемые размеры проставлены от одной достаточно устойчивой измерительной базы. Если измерительные базы переменны и не имеют больших размеров, то первый принцип осуществить трудно. В этом случае осуществляют второй принцип, выбирая соответствующую постоянную технологическую базу. Создание искусственных технологических баз на деталях способствует более полному соблюдению принципа постоянства баз. Когда постоянство технологической базы не может быть обеспечено, в качестве новой технологической базы выбирают обязательно обработанные, и желательно более точно обработанные, поверхности. Если при этом базовая поверхность не является измерительной, производят проверочный расчет допуска на выдерживаемый размер и в случае необходимости пересчет допусков на размеры базовых поверхностей, т.е. прибегают к более жестким технологическим допускам на размеры этих поверхностей.

Базы и способы базирования

Базы и способы базирования

Базирование - придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Известно, что любое твёрдое тело, находящееся в пространстве, имеет шесть степеней свободы. Любое твёрдое тело (рис.2.1.) в пространстве относительно выбранной системы координат имеет три перемещения вдоль осей ОХ, ОУ OZ и три поворота вокруг этих осей. Таким образом, базирование достигается наложением геометрических связей (1-6), лишающих заготовку или изделие всех шести степеней свободы.

Наложение двусторонних геометрических связей достигается при соприкосновении поверхностей базируемого тела с поверхностями других тел, к которым оно присоединяется, а также при приложении сил и пар сил для обеспечения контакта между ними. Поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования, называются базой (рис. 2.2).

Базы классифицируются на три основные группы по назначению по лишаемым степеням свободы и по характеру проявления.

По назначению базы подразделяются на конструкторские, технологические и измерительные; конструкторские, в свою очередь, классифицируются на основные и вспомогательные.

По лишаемым степеням свободы базы подразделяются на установочные, направляющие, опорные, двойные направляющие и двойные опорные.

По характеру проявления базы классифицируются на явные и скрытые.

Все поверхности деталей и изделий подразделяются на следующие виды:

• исполнительные поверхности, при помощи которых деталь выполняет своё назначение в изделии;

• основные базы, посредством которых определяется положение данной детали в изделии;

• вспомогательные базы, при помощи которых определяется положении присоединяемых деталей относительно данной;

• свободные поверхности, которые не соприкасаются с поверхностями других деталей.

Так как базирование осуществляется на всех стадиях создания изделия (конструирование, изготовление, измерение), то базы делятся по назначению в зависимости от этих стадий.

Конструкторская база - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Основная база - конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения их положения в изделии.

Вспомогательная база –конструкторская база данной детали или сборочной единицы, используемая для определения положения присоединяемого к ним изделия.

Технологическая база –база, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте.

Измерительная база –база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

Учитывая, что законы базирования являются общими для всех стадий создания изделий, независимо от назначения, базы, кроме того, различают по лишаемым степеням свободы и по характеру проявления.

Установочная база – база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей: лишающих их трех степеней свободы - перемещений вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей (как, правило, это наибольшая по всей протяжённости плоскость).

Направляющая база –база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси.

Опорная база –база, лишающая заготовку или изделие одной степени свободы: перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

Двойная направляющая база – база, лишающая заготовку или изделие четырёх степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.

Двойная опорная база –база, лишающая заготовку или изделие двух степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворотов вокруг этих осей.

Скрытая база –база заготовки или изделия в виде воображаемой плоскости, оси или точки.

Явная база –база заготовки или изделия в виде реальной поверхности, разметочной риски или точки пересечения рисок.

Для осуществления базирования необходимо предусмотреть комплект баз (совокупность трех баз, образующих систему координат), имеющих опорные точки, символизирующие одну из связей заготовки или изделия с выбранной системой координат.

При разработке технологических процессов большое значение имеет разработка теоретической схемы базирования, т.е. схемы расположения опорных точек на базах.

Все опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками, каждой точке дают порядковый номер, начиная с установочной базы, имеющей наибольшее (три) число опорных точек, и заканчивая опорной базой, имеющей наименьшее (одну) число опорных точек. При наложении в какой-либо проекции одной опорной точки на другую воспроизводят одну точку и около неё проставляют номера совмещённых точек. Число проекций заготовки или изделия на схеме базирования должно быть достаточным для формирования чёткого представления об опорных точках.

В соответствии с положениями теории базирования определение положения тела относительно избранной системы координат OXYZ осуществляется после фиксирования положения связанной с этим телом системы координат O₁X₁Y₁Z₁, так как жёсткая связь системы O₁X₁Y₁Z₁ с телом даёт возможность отнести связи, налагаемые на тело, к системе координат.

Система координат O₁X₁Y₁Z₁ строятся, как правило, таким образом на базах заготовки или изделия, что плоскость X₁O₁Y₁ совпадает с установочной базой, плоскость X₁O₁Z₁ – с направляющей базой, а плоскость Y₁O₁Z₁ с опорной базой. Так как данные плоскости системы координат взаимно перпендикулярны, то эти же требования предъявляются и к относительному положению баз, входящих в состав комплекта баз. Отсюда следует и определение понятия «комплект баз».

Комплект баз –совокупность трёх баз, образующих систему координат заготовки или изделия.

Так как базирование оказывает значительное влияние на точность и трудоёмкость изготовления деталей и изделий, при проектировании изделий и технологических процессов необходимо стремиться к соблюдению двух основных принципов – соблюдение единства баз и их постоянство. Принцип единства баз заключается в совмещении конструкторских, технологических и измерительных баз, т.е. в использовании в качестве этих баз одних и тех же поверхностей. Это позволяет получить наибольшую точность обработки деталей.

Принцип постоянства баз состоит в том, что для выполнения всех операций обработки детали используют одну и ту же базу.

При этом одна и та же база в детали или изделии отвечает всем трём основным признакам.

В некоторых случаях соблюдения этих принципов настолько важно, что в чертёж детали вводят специальные консруктивные элементы (выступы, бобышки) назначением которых является лишь обеспечение базирования в процессе обработки и измерения размеров деталей. Так как базирование на практике происходит по реальным поверхностям, которые имеют отклонения от идеальных поверхностей как по своей форме, так и по взаимному расположению, то в процессе базирования возникают погрешности.

Погрешность базирования –отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при базировании от требуемого.

Погрешность базирования может быть вызвано сменой баз, т.е. несовмещением конструкторских, технологических и измерительных баз, а также рядом других причин, в том числе выбором способа реализации схемы базирования.

Реализацией схемы базирования является установка заготовки или изделия, которая заключается в их базировании и закреплении. Так как закрепление - процесс приложения сил и пар сил к заготовки или изделию для обеспечения постоянства их положения, достигнутого при базировании, то в процессе закрепления возникают дополнительны погрешности, которые совместно с погрешностями базирования составляют погрешность установки.

Погрешность установки – отклонение фактически достигнутого положения заготовки или изделия при установке от требуемого.

Таким образом, погрешность установки складывается из погрешности базирования и погрешности закрепления. В общем случае

Погрешность закрепления возникает в результате деформации детали при приложении к ней сил и пар сил. В основном погрешность закрепления зависит от жёсткости детали.

Составление схем базирования, а также построение схем установки имеют большое значение в обеспечение заданной точности, что является важной предпосылкой оптимального проектирования технологического процесса.

В прил.1 приведены примеры базирования заготовок в процессе обработки, а также формулы для определения погрешностей при базировании. Следует отметить, что на качество обработки детали оказывает влияние не только схема базирования, но и практическая реализация теоретической схемы. Точность обработки обусловлена различными факторами. Большое значение имеет жёсткость системы СПИД. Например, погрешность базирования детали типа втулка наименьшая при базировании её по внутреннему диаметру на цангу. Однако на практике предпочтительнее, как правило, осуществлять базирование на призму, так как в этом случае значительно возрастает жёсткость системы СПИД, что обусловлено повышением жёсткости приспособления.

В качестве примера рассмотрим разработку схемы базирования и её реализация в процессе механической обработки детали (рис.2.3). Например, деталь «втулка шкива генератора переменного тока» входит в состав сборочной единицы «шкив генератора переменного тока» в сборе

Типы производства

Тип производства представляет собой комплексную характеристику технических, организационных и экономических особенностей производства, обусловленных широтой номенклатуры, регулярностью, стабильностью и объемом выпуска продукции. Различают три типа производства: единичное, серийное, массовое.

Единичное производство

Единичное производство характеризуется широким ассортиментом продукции и малым объемом выпуска одинаковых изделий, зачастую не повторяющихся. Особенности этого типа производства заключаются в том, что рабочие места не имеют глубокой специализации, применяются универсальное оборудование и технологическая оснастка, большая часть рабочих имеет высокую квалификацию, значительный объем ручных сборочных и доводочных операций, здесь высокая трудоемкость изделий и длительный производственный цикл их изготовления, значительный объем незавершенного производства.

Разнообразная номенклатура делает единичное производство более мобильным и приспособленным к условиям колебания спроса на готовую продукцию.

Единичное производство характерно для станкостроения, судостроения, производства крупных гидротурбин, прокатных станов и другого уникального оборудования. Разновидностью единичного производства является индивидуальное производство.

Серийное производство

Серийное производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры продукции партиями (сериями), повторяющимися через определенные промежутки времени. В зависимости от размера серии различают мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное производства. Особенности организации серийного производства заключаются в том, что удается специализировать рабочие места для выполнения нескольких подобных технологических операций, наряду с универсальным применять специальное оборудование и технологическую оснастку, широко применять труд рабочих средней квалификации, эффективно использовать оборудование и производственные площади, снизить, по сравнению с единичным производством, расходы на заработную плату.

Серийное производство характерно для выпуска продукции установившегося типа, например, металлорежущих станков, насосов, компрессоров и другого широко применяемого оборудования.

Массовое производство

Массовое производство характеризуется изготовлением ограниченной номенклатуры однородной продукции в больших количествах в течение относительно продолжительного периода времени. Массовое производство - высшая форма специализации производства, позволяющая сосредоточивать на предприятии выпуск одного или нескольких типов одноименных изделий. Непременным условием массового производства является высокий уровень стандартизации и унификации при конструировании деталей, узлов и агрегатов.

Особенности организации массового производства заключаются в том, что можно специализировать рабочие места на выполнении одной постоянно закрепленной операции, применять специальное оборудование и технологическую оснастку, иметь высокий уровень механизации и автоматизации производства, применять труд рабочих невысокой квалификации. Массовое производство обеспечивает наиболее полное использование оборудования, высокий уровень производительности труда, самую низкую себестоимость изготовления продукции по сравнению с серийным и тем более единичным производством. Этот тип производства экономически целесообразен при достаточно большом объеме выпуска продукции, поэтому необходимым условием массового производства является наличие устойчивого и значительного спроса на продукцию.

Массовое производство характерно для выпуска автомобилей, тракторов, продукции пищевой, текстильной и химической промышленности.

Рис. 6.4. Схема базирования при сборке стабилизатора

Вопросы для самоконтроля:

1. Что представляет собой базирование?

2. Какие типы баз в зависимости от назначения существуют?

3. В каких вариантах могут быть реализованы точечные установочные базы?

4. Сколько степеней свободы необходимо для базирования жесткого объекта?

5. Что используется в качестве линейных установочных баз?

6. Что представляет собой схема базирования?

7. Для чего служит схема базирования?

Основы базирования заготовок в машиностроении

1 Теоретические основы определения положения твёрдого тела в пространстве. Понятие о базировании и базах.

Для правильной работы каждой машины необходимо обеспечить определенное взаимное расположение ее деталей и узлов.

При обработке деталей на станках заготовки также должны быть правильно ориентированы относительно механизмов и узлов станков, определяющих траектории движения подачи обрабатывающих инструментов (направляющих суппортов, фрезерных и резцовых головок, упоров, копировальных устройств и др.). Погрешности формы и размеров обработанных заготовок определяются отклонениями положений режущих кромок и заготовок от траектории заданного формообразующего движения. Задачи взаимной ориентировки деталей и сборочных единиц в машинах при их сборке и заготовок на станках при изготовлении деталей решаются их базированием.

В общем случае базированием называется придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат (ГОСТ 21495—76).

Применительно к проектированию или сборке под базированием понимают придание детали или сборочной единице требуемого положения относительно других деталей изделия.

При механической обработке заготовок на станках базированием принято считать придание заготовке требуемого положения относительно элементов станка, определяющих траектории движения подачи обрабатывающего инструмента.

Для выполнения технологической операции требуется не только осуществить базирование обрабатываемой заготовки, но также необходимо обеспечить ее неподвижность относительно приспособления на весь период обработки, гарантирующую сохранение неизменной ориентировки заготовки и нормальное протекание процесса обработки. В связи с этим при установке заготовок в приспособлениях решаются две различные задачи: ориентировка, осуществляемая базированием, и создание неподвижности, достигаемое закреплением заготовок. Несмотря на различие этих задач, они решаются теоретически одинаковыми методами, т.е. посредством наложения определенных ограничений (связей) на возможные перемещения заготовки (механической системы) в пространстве.

Известно, что для полного исключения подвижности твердого тела в пространстве необходимо лишить его шести степеней свободы: трех поступательных перемещений вдоль осей координат и трех вращений вокруг указанных осей. Это достигается наложением связей. Шесть наложенных двусторонних позиционных связей обеспечивают заданную ориентировку тела относительно системы координат OXYZ и фиксирование тела в данном положении.

Под связями подразумеваются ограничения позиционного (геометрического) или кинематического характера, накладываемые на движение точек рассматриваемого тела (заготовки или детали). В соответствии с характером ограничений различают позиционные (геометрические) связи, ограничивающие перемещения, и кинематические связи, ограничивающие скорости. В технологии машиностроения приходится иметь дело, главным образом, с позиционными связями, не зависящими от времени и называемыми стационарными позиционными связями.

Установочная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих её трёх степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворотов вокруг двух других осей.

Направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих её двух степеней свободы - перемещения вдоль одной координатной оси и поворота вокруг другой оси.

Опорная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих её одной степени свободы - перемещения вдоль одной координатной оси или поворота вокруг оси.

Двойная направляющая база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих её четырёх степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей и поворота вокруг этих осей.

Двойная опорная база - база, используемая для наложения на заготовку или изделие связей, лишающих её двух степеней свободы - перемещений вдоль двух координатных осей.

Конструкторская база - база, используемая для определения положения детали или сборочной единицы в изделии.

Технологическая база - база, используемая для определения положения заготовки или изделия при изготовлении или ремонте,

Измерительная база - база, используемая для определения относительного положения заготовки или изделия и средств измерения.

Всё многообразие баз деталей делят на два вида:

Основные базы - поверхности, при помощи которых определяется положение данной детали в изделии.

Вспомогательные базы - поверхности, при помощи которых определяется положение присоединяемых деталей относительно данной.

В случае призматической детали (рис.1) задание трёх координат, связывающих нижнюю плоскость детали с координатной плоскостью XOZ, лишает деталь трёх степеней свободы - возможности перемещаться вдоль оси OY и вращаться вокруг осей X и Z. Это установочная база.

Две координаты, определяющие положение детали относительно координатной плоскости YOZ, лишают её возможности перемещаться в направлении оси ОХ и вращаться вокруг 0Y, то есть лишают деталь двух степеней свободы. Так как через две точки можно провести одну прямую линию, то она может служить в качестве направления. Поэтому и база называется направляющей.

Шестая координата определяет положение детали относительно координатной плоскости XOY и лишает её одной степени свободы. Это опорная база.

Таким образом, для полной ориентации детали в приспособлении или механизме необходимо и достаточно иметь шесть опорных точек, расположенных определённым образом на поверхностях данной детали. Из теоретической механики известно, что твёрдое тело, установленное на три точки, приобретает под действием силы тяжести тем большую устойчивость и точность положения, чем дальше опорные точки расположены одна от другой.

Поэтому в качестве установочной базы создаётся или выбирается поверхность с наибольшими габаритными размерами: длиной и шириной. В качестве направляющей базы создаётся или выбирается поверхность с наибольшей длинной при небольшой ширине. В качестве опорной базы можно принять поверхность с небольшой длиной и шириной.

Несколько иное распределение координат и опорных точек имеет место у деталей, ограниченных поверхностями вращения.

Цилиндрическая поверхность валика связывается с координатными плоскостями четырьмя координатами, которые определяют положение валика относительно двух координатных плоскостей и лишают его четырёх степеней свободы: возможности перемещения в направлении осей X и Y и вращения вокруг осей, параллельных осям X и Y. Это двойная направляющая база.

Такое название показывает, что при помощи этой цилиндрической поверхности определяется направление валика в двух координатных плоскостях, а не в одной, как в случае призматической детали.

Одна координата (точка 5) связывает торцовую поверхность валика, лишая его ещё одной степени свободы - возможности перемещения вдоль оси Z.

Шестая координата лишает валик возможности вращаться вокруг своей оси - это одна из боковых поверхностей шпоночного паза. Поэтому торцовая поверхность валика и боковая поверхность шпоночного паза - это опорные базы.

При обработке деталей нет необходимости иметь все три вида баз.

При сквозном сверлении и растачивании отверстия во втулке или в валике, закрепляемых в кулачках, используется только одна двойная направляющая база - поверхность «В», несущая на себе четыре опорные точки.

При растачивании ступенчатого отверстия, когда выдерживаются линейный размер «а», для обеспечения его точности в качестве базы необходимо использовать две базовые поверхности: двойную направляющую базу - поверхность «В» и опорную базу - торцовую поверхность «С».

В практике часто встречаются случаи, когда двойную направляющую базу образует сочетание двух цилиндрических или конических поверхностей небольшой протяжённости. Роль двойной направляющей могут выполнять две опорные шейки вала, по которым его базируют на подшипниках в корпусе.

Роль двойной направляющей могут выполнять конические отверстия, с помощью которых заготовку вала устанавливают в центрах на токарном станке.

Рассмотрим базирование детали типа «диск».

Положение детали типа диска будет более устойчивым, если установить его на торец и сделать торец установочной базой (точки 1, 2, 3). Две связи (точки 4, 5), лишающие диск возможности перемещения в направлении осей ОХ и ОZ, целесообразно в данном случае наложить на ось цилиндрической поверхности.

Для того чтобы лишить диск возможности поворота вокруг оси O₁O₂, необходимо наложить ещё одну связь (точка 6), создав тем самым опорную базу. 8 данном случае ось цилиндрической поверхности была использована как база для лишения детали двух перемещений. Ось является двойной опорной базой.

Таким образом, имеем три типовых комплекта баз:

1 - для призматических тел - установочная, направляющая, опорная;

2 - для деталей типа валов - двойная направляющая и две опорные;

3 - для деталей типа дисков - установочная, двойная опорная и опорная.

Таким образом, для ориентации деталей при обработке могут быть использованы базы, состоящие из одного, двух или трёх видов базовых поверхностей, лишающих в общей сложности трёх, четырёх, пяти и шести степеней свободы.

Следует иметь в виду, что чем проще установочная база, чем меньше в неё входит базовых поверхностей и меньше содержится опорных точек, тем проще, производительнее и дешевле получается конструкция приспособления, необходимого для закрепления детали на станке.

Базирование заготовки в центрах. Роли, выполняемые левым и правым центровочными отверстиями, то есть от передней и задней бабки токарного станка не одинаковы.

Левое центровочное отверстие соприкасается с неподвижным в осевом направлении центром передней бабки и выполняет функции центрирования, определяя положение заготовки в осевом направлении. Таким образом, оно лишает заготовку трёх степеней свободы (перемещение вдоль трёх координатных осей) и несёт на себе три опорные точки. По выполняемой функции коническая поверхность переднего (левого) центровочного отверстия называется опорно-центрирующей базой.

Функция заднего (правого) центровочного отверстия, которая соприкасается с подвижным в осевом направлении центром задней бабки, ограничена осуществлением центрирования.

Эта поверхность находится в контакте с двумя опорными точками и лишает заготовку двух степеней свободы: поворота вокруг осей Y и Z.

Поэтому коническая поверхность заднего центровочного отверстия называется центрирующей базой. Следовательно, установка заготовки лишает её пяти степеней свободы, сохраняя возможность вращения заготовки вокруг собственной оси.

Очевидно, что в случае необходимости точной ориентировки положения заготовки с точки зрения её поворота относительно оси (что бывает необходимо, например, в случае несимметричных заготовок на фрезерных станках при их установке в центрах, при нарезании многозаходных резьб и так далее) следует использовать одну из дополнительных поверхностей заготовки в качестве опорной базы, вводя её в контакт с шестой опорной точкой и лишая заготовку шестой степени свободы.

Использование «плавающего» центра в передней бабке станка лишает заготовку двух степеней свободы, так как центр только центрирует заготовку.

Поэтому при выборе базы для обработки детали необходимо стремиться использовать наименьшее число базовых поверхностей с наименьшим числом опорных точек, при котором может быть обеспечено выполнение заданных чертежом размеров детали.

12345678Следующая ⇒

Поделиться: